Diagnostic des Défauts de Machines Tournantes
Module 3 / 5
3.2 Desalignement et Jeu Mecanique : Spectres et Distinction
Le desalignement et le jeu mecanique representent la deuxieme et troisieme cause de vibrations excessives en industrie. Leurs signatures spectrales se ressemblent partiellement, ce qui en fait deux des defauts les plus souvent confondus. Ce chapitre vous donne les cles pour les distinguer avec certitude.
Desalignement : types, causes et consequences
Le desalignement est le defaut d'alignement entre l'axe de rotation du moteur et celui de la machine entrainee (pompe, ventilateur, reducteur...). Meme un accouplement flexible ne tolere qu'un desalignement minime. En dehors de ces tolerances, il genere des contraintes importantes sur les paliers, les accouplements et les arbres, reduisant fortement leur duree de vie.
Desalignement parallele
Les deux arbres sont paralleles mais leurs axes ne sont pas dans le meme plan. Aussi appele desalignement radial ou offset.
Signature spectrale : 1x fort en radial, 2x notable. Le 2x est souvent superieur au 1x.
Phase : 180° entre les deux paliers de part et d'autre de l'accouplement, en mesure radiale.
Desalignement angulaire
Les deux arbres se croisent en un point mais leur direction n'est pas la meme. Les axes forment un angle.
Signature spectrale : 1x tres fort en axial. 2x en axial souvent egal ou superieur a 1x en axial.
Phase : 180° entre les deux paliers en mesure axiale. Cle du diagnostic angulaire.
Desalignement combine
Le cas le plus frequent. Combinaison de parallele et angulaire dans des proportions variables.
Signature spectrale : 1x + 2x forts, en radial ET en axial. Harmoniques multiples possibles.
Diagnostic : comparer les niveaux radiaux et axiaux pour identifier la composante dominante.
Causes typiques de desalignement
- Erreur d'alignement lors de la remise en service apres maintenance
- Dilatation thermique differentielle entre le moteur et la machine (regime chaud)
- Deformation du chassis ou de la platine (soft foot, descellement)
- Usure ou deformation de l'accouplement (rigidification d'un accouplement flexible)
- Tassement different des pieds de machine (soft foot → chassis gauchi)
- Deformation de la tuyauterie exerçant des contraintes sur le corps de pompe
Le "soft foot" : cause cachee de desalignement
Le soft foot (pied mou) est un defaut de planete entre un pied de machine et son socle (jeu, contamination, deformation). Quand on serre le boulon de ce pied, le chassis se deforme, creant un desalignement artificiel. Il faut toujours verifier et corriger les soft foot avant tout alignement laser, sinon l'alignement sera faux et impossible a reproduire.
Signature spectrale du desalignement et criteres de distinction avec le balourd
| Critere | Balourd | Desalignement parallele | Desalignement angulaire |
|---|---|---|---|
| Raie dominante | 1x tres fort | 1x + 2x forts (2x souvent dominant) | 1x + 2x forts en axial |
| Direction radiale | H ≈ V (isotrope) | H ≠ V possible | Moderee |
| Direction axiale | Faible (< 30% du radial) | Notable | Forte (> 50-70% du radial) |
| Phase radiale entre paliers | En phase (0° ± 30°) | Environ 180° | Variable |
| Phase axiale entre paliers | En phase | En phase | Environ 180° |
| Impact sur vitesse variable | Amplitude ∝ N² | Moins sensible a la vitesse | Moins sensible a la vitesse |
"La regle d'or du desalignement : mesurez en axial. Si la vibration axiale est forte (>50% de la radiale) et que 2x est dominant, c'est un desalignement jusqu'a preuve du contraire. Si la vibration axiale est faible et que 1x est seul dominant, c'est un balourd."
Jeu mecanique : types et signature spectrale caracteristique
Le jeu mecanique designe tout jeu excessif dans les assemblages mecaniques : jeu dans les paliers, clavettes laches, boulons desserres, ajustages uses. Ce jeu permet aux composants de se deplacer de façon non controlee sous l'effet des forces vibratoires, ce qui genere une signature spectrale tres caracteristique avec de nombreux harmoniques.
Types de jeu mecanique
Jeu structurel (type A)
Jeu entre la machine et son support : socle, platine, boulons d'ancrage desserres, chassis fissure.
Symptome : asymetrie de la reponse vibratoire (amplitude differente entre la partie superieure et inferieure du palier).
Jeu dans le palier (type B)
Jeu excessif dans le logement de roulement ou dans un palier lisse use. L'arbre peut se deplacer dans son logement.
Symptome : sous-harmoniques (0,5x, 0,33x) caracteristiques, en plus des harmoniques de 1x.
Jeu interne au rotor (type C)
Clavette lache, ajustage rotor/arbre use, bride desserree. Le rotor oscille par rapport a son arbre.
Symptome : serie d'harmoniques tres denses, parfois avec des raies a 0,5x, 1,5x, 2,5x (multiples demi-entiers).
Frottement (rub)
Contact partiel entre le rotor et le stator (labyrinthe d'etancheite, chemise de palier). Cas extreme de jeu interne.
Symptome : elevation brusque du bruit de fond + harmoniques multiples + eventuelle instabilite de phase.
Signature spectrale du jeu mecanique
La signature spectrale du jeu mecanique est dominee par une serie d'harmoniques de la frequence de rotation (1x, 2x, 3x, 4x...) et souvent par des sous-harmoniques (0,5x, 1,5x, 2,5x ou 0,33x, 0,67x...). Plus le jeu est severe, plus les harmoniques sont nombreux et eleves.
| Symptome spectral | Interpretation | Action |
|---|---|---|
| Harmoniques 2x, 3x, 4x de meme amplitude que 1x | Jeu mecanique modere. Signal "tronque" (ecrêtage asymetrique). | Inspection des boulons, du chassis, du logement de palier |
| Raie a 0,5x (demi-ordre) | Jeu interne dans le palier ou clavette lache. Periodicite a 2 tours. | Verifier le jeu du logement de roulement et l'ajustage arbre/bague |
| Raies a 0,33x et 0,67x (tiers d'ordre) | Jeu severe avec periodicite a 3 tours. Souvent associe a un rub partiel. | Inspection immediate, risque de contact rotor/stator |
| Forêt d'harmoniques + bruit de fond eleve | Jeu mecanique tres severe ou debut de contact rotor/stator (rub) | Arret planifie urgent. Inspection et remplacement des pieces usees |
Tableau comparatif : balourd, desalignement, jeu mecanique
Ce tableau recapitulatif est la reference pratique pour distinguer les trois defauts les plus courants des machines tournantes. En cas de doute, appliquez les tests de confirmation indiques.
| Critere | Balourd | Desalignement | Jeu mecanique |
|---|---|---|---|
| Raie dominante | 1x seul | 1x + 2x (2x souvent dominant) | 1x + multiples harmoniques |
| Axial vs radial | Radial ≫ Axial | Axial fort (>50% radial) | Radial dominant |
| Sous-harmoniques | Absents | Absents | Presents (0,5x, 0,33x...) |
| Phase 180° entre paliers | Non (en phase) | Oui (axial, angulaire) | Variable |
| Sensibilite a la vitesse | Tres forte (N²) | Moderee | Seuil : apparait au-dela d'une certaine amplitude |
| Test de confirmation | Masse d'essai + tachymetre | Alignement laser (mesure d'ecart) | Serrage des boulons, inspection visuelle |
| Correction | Equilibrage dynamique | Alignement laser | Remplacement pieces, serrage, ajustage |
Strategie de diagnostic : toujours verifier dans cet ordre
- Soft foot d'abord : verifier et corriger avant tout. Un soft foot fausse tous les autres diagnostics.
- Alignement ensuite : aligner avant d'equilibrer. Equilibrer une machine desalignee est inutile.
- Jeu mecanique : verifier le serrage, l'ajustage et l'etat des paliers.
- Equilibrage en dernier : uniquement apres avoir resolu les defauts precedents.
Dans le prochain chapitre, nous aborderons trois phenomenes vibratoires plus complexes mais frequents : la resonance (amplification dangereuse d'une vibration), le fouettement d'arbre (instabilite des paliers lisses) et les defauts de courroies et d'engrenages.